In het Brookhaven-laboratorium op Long Island hebben natuurkundigen een onverwacht signaal vastgesteld in de gegevens van botsingen tussen zware ionen. Het STAR-experiment bij de RHIC-versneller vertoonde een scherpe daling van de fluctuaties in de transversale impuls van deeltjes bij een bepaalde energie. Dit signaal kan wijzen op een faseovergang in superdichte kernmaterie, vergelijkbaar met de overgang die plaatsvond in de eerste ogenblikken na de oerknal.
Helemaal aan het begin van het heelal was de ruimte te heet en te dicht voor het bestaan van atomen. Protonen en neutronen hadden zich nog niet gevormd en de materie bestond uit een vrij stromende ‘soep’ van quarks en gluonen — een quark-gluonplasma. Naarmate de kosmos uitzette, daalde de temperatuur, ‘lijmden’ de gluonen de quarks aaneen tot protonen en neutronen, en veranderde het plasma in gewone kernmaterie. Dat was een echte faseovergang, vergelijkbaar met het bevriezen van water, maar dan op het niveau van de fundamentele deeltjes.
De RHIC-versneller bootst zulke omstandigheden een fractie van een seconde na, door goudionen bijna tot de lichtsnelheid te versnellen. De nieuwe STAR-gegevens onthulden een ‘dip’ in de schommelingen van de impuls van deeltjes precies in dat energiegebied waar men een kritiek punt van de faseovergang verwacht. Wetenschappers noemen dit een mogelijk teken dat de overgang werkelijk bestaat en afhangt van de dichtheid en de temperatuur.
De ontdekking is niet alleen belangrijk voor de kosmologie. Inzicht in het gedrag van materie bij extreme dichtheden kan helpen begrijpen wat er binnen in neutronensterren gebeurt, waar de hele massa van de ster is samengeperst tot de omvang van een kleine stad. Daarvan hangt bijvoorbeeld de geluidssnelheid in hun kern af en de drempel voor instorting tot een zwart gat.
Toch blijft het signaal voorlopig een aanwijzing. Alternatieve verklaringen brengen het in verband met een verandering in de samenstelling van deeltjes bij verschillende botsingsenergieën. De wetenschappers zijn van plan de resterende gegevens van de RHIC te analyseren, die in 2026 is gestopt met werken, om de vondst te bevestigen of te weerleggen.
Als het kritieke punt betrouwbaar wordt vastgesteld, opent dat een nieuw perspectief op de evolutie van materie vanaf de eerste microseconden van het heelal tot de dichtste objecten in de kosmos.
